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俄罗斯实验物理研究院强激光与物质相互作用研究

2013-06-27 10:25
林契于宸
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  ——近年来,飞秒脉冲固态激光系统研究领域迅速地发展起来。世界许多先进的实验室都建立了激光脉冲宽度约为30~500飞秒的亚拍瓦(PW,10^15W)及拍瓦级功率的激光装置。这一新的科研工具推动了一系列研究进展:快电子及离子产生(包括质子束产生);硬X射线的产生;核反应的启动等等。许多科研小组在纳秒和飞秒时间尺度激光辐射下同时发生的效应的基础上,对热核靶快点火的可能性展开了理论分析及实验研究。

  俄罗斯联邦核能中心-俄罗斯实验物理研究院(The Russian Federal Nuclear Center – All Russian Research Institute of Experimental Physics,前苏联 RFNC-VNIIEF)具有两套超短脉冲激光系统。第一套系统基于传统的啁啾脉冲放大技术,该技术以掺钕磷酸盐玻璃为放大器。激光输出达2TW(太瓦,10^12W;能量E≈1.5J,脉宽τ≈0.7ps)。激光束用焦距40厘米的离轴抛物镜聚焦在靶上,激光在靶面上强度I~10^16W/cm2。这台激光装置设计用于发展激光等离子体参数的测量方法和设备。

  第二套激光系统(拍瓦级)的设计原理与传统方法不同,是基于参量放大的方法。其原理是将超强激光脉冲进行时间展宽,接着用非线性DKDP晶体作多级参量放大,最后将放大后的激光脉冲压缩。

  该激光装置的结构图如图1所示,包括以下几个系统:

  启动系统:首先产生一束脉宽为50飞秒的超短激光脉冲,由展宽器将脉宽展宽至0.5纳秒,并经过初级级联参量放大器PA-1和PA-2放大。该系统脉冲输出能量Eout,1≈50~100mJ,重复频率为2Hz,输出功率Pout,1≈0.5TW,在标准模式运行下,该脉冲作为100TW级系统的注入源。

  100TW级系统:该系统提供脉冲参量放大,将启动系统输入脉冲能量提高至 Eout,2 ≈10~15J,经脉冲压缩后输出功率Pout,2 ≈100~200TW。

  PW系统:该系统提供啁啾脉冲参量放大,将100TW级系统输入脉冲的能量提高至Eout,3 ≈ 100 J,再经脉冲压缩后输出功率Pout,3 ≈ 1PW(Eout≈50~70J;τpulse≈50~70fs)。

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